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基于波速对渗透性反演的富水破碎砂岩注浆效果评价

赵立权  
【摘要】:作为一种常见的不良地质条件,富水破碎砂岩地层易引起涌水、突泥、坍塌等地质灾害,不利于地下施工与基础建设,一般采用注浆对其进行加固和止水。压水试验是目前最常见的注浆止水效果检验方法,但其检测结果仅代表所有岩层的平均渗透率,无法精确获取具体深度位置岩层的渗透状况,因而提出利用声波测井的测点波速反演渗透率,实现岩层注浆止水效果的逐点检测,对拓展注浆检测方法和声波测井应用具有极大的现实意义。本文结合富水破碎砂岩的物理特性,以波速—孔隙度模型和渗透率—孔隙度模型为基础,构建了富水环境下的波速—渗透率模型,通过岩心声波试验和渗透试验,将岩心波速和渗透率关系与模型规律进行了比较,并利用数值模拟探讨了孔隙结构参数和填充参数对波速与渗透率关系的影响,最后将模型从理论研究发展为对注浆效果评价的工程应用。研究的主要内容及结论如下:(1)基于Wyllie-Clemenceau公式与Kozeny-Carman方程,以孔隙度为媒介,建立了富水砂岩波速—渗透率理论模型,通过对湖南某地基注浆工程中富水砂岩岩心的声波试验和渗透试验,发现了岩心波速与渗透率的关系与理论模型相吻合,揭示了岩体波速与渗透率之间是非线性、负相关的,渗透率随波速呈凹型函数下降,存在变化率分界点。并基于岩性指数与骨架波速间的相关性,修正了注浆后的模型参数,使模型与试验数据的拟合度得到了提升。(2)在构建含随机孔隙结构的三维重构岩心模型的基础上,通过改变孔隙密度、单元孔径、注浆填充度等参数,开展了声波与渗透模拟试验,分析了波速与渗透率的变化机制和两者的关联规律,发现了其关联规律与模型相符合,揭示了孔隙参数与填充参数对波速—渗透率关系函数相关参数的影响。(3)根据波速—渗透率模型,以高密度测井的测点波速反演理论计算渗透率,与压水试验结果对比,反映了模型在实际工程应用中的可靠性,构建了以计算渗透率为基础的透水性指标,选取了渗透率降低比率作为抗渗性提升指标,建立了注浆效果评价体系,对注浆工程案例进行了有效的评价。


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